量子存儲(chǔ)器將如何優(yōu)化計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式

（文章來(lái)源：百家號(hào)）

2012年，物理學(xué)家塞斯·勞埃德在一個(gè)熱水浴缸里向谷歌的謝爾蓋·布林和拉里·佩奇推銷了一款量子互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。他稱之為Quoogle，這是一個(gè)搜索引擎，它使用基于亞原子粒子物理學(xué)的數(shù)學(xué)原理，在不知道查詢內(nèi)容的情況下返回結(jié)果。這樣的進(jìn)步需要一種全新的存儲(chǔ)器，稱為量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

塞斯·勞埃德說(shuō)，雖然布林和佩奇很感興趣，但他們拒絕了這個(gè)想法。他們提醒他，他們的商業(yè)模式建立在對(duì)每件事及每個(gè)人都了如指掌的基礎(chǔ)上。塞斯·勞埃德指出，量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器將是一個(gè)了不起的應(yīng)用程序，它能讓谷歌和IBM制造的量子設(shè)備瞬間變得有用。

經(jīng)典計(jì)算機(jī)，如thinkpad、iphone和最好的高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)，通過(guò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)位值、0和1的組合來(lái)執(zhí)行所有操作，比特相互作用，最后的結(jié)果是1和0的另一個(gè)組合。量子計(jì)算機(jī)也會(huì)輸出1和0的最終結(jié)果。但是當(dāng)計(jì)算正在進(jìn)行時(shí)，它們的量子位元，或稱量子位元，以一種新的方式相互通信，通過(guò)同樣的物理規(guī)則控制電子。

在計(jì)算過(guò)程中，一個(gè)量子位不只是等于1或0，可以同時(shí)等于1或1，這是由一個(gè)特殊的數(shù)學(xué)方程控制的，這個(gè)方程對(duì)在測(cè)量量子位值時(shí)得到0或1的概率進(jìn)行編碼。多個(gè)量子位元?jiǎng)t有更復(fù)雜的方程，將量子位值的組合視為單個(gè)數(shù)學(xué)對(duì)象。最終的結(jié)果是一個(gè)或多個(gè)可能的二進(jìn)制字符串，最終的值由方程中編碼的概率決定。

這種奇怪的量子位是等式，它們的值可能具有某種與生俱來(lái)的隨機(jī)性。有個(gè)問(wèn)題是將大量的數(shù)字分解成素?cái)?shù)，這會(huì)破壞用來(lái)存儲(chǔ)大量加密數(shù)據(jù)的算法，這一發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全來(lái)說(shuō)可能是“災(zāi)難性的”。它還可以作為計(jì)算機(jī)操作大型數(shù)據(jù)集的一種新方法，就像在機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題中看到的那樣。

但許多研究人員希望找到量子計(jì)算機(jī)可以利用量子算法推進(jìn)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)狀態(tài)的方法。這些算法非常復(fù)雜，需要訪問(wèn)大量的數(shù)據(jù)，這意味著它們需要與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的對(duì)等物：量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器并不是將數(shù)十億比特以某種方式存儲(chǔ)在幾個(gè)量子位上。相反，這是一種讓量子計(jì)算機(jī)將其量子運(yùn)算應(yīng)用到機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題中大量數(shù)據(jù)的方法。常規(guī)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)供程序使用的數(shù)據(jù)和通過(guò)指定位的地址訪問(wèn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的程序組成。例如，你可以通過(guò)鍵入“sum (A2+B2)”來(lái)對(duì)電子表格單元格求和，而不是每次在單元格中鍵入特定的數(shù)字。量子算法需要能夠訪問(wèn)常規(guī)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器量子，在最基本的層次上，它可以同時(shí)設(shè)置A2和B2的疊加，然后在計(jì)算完成時(shí)返回A2中的值或B2中的值。內(nèi)存本身并沒(méi)有什么量子性，量子性部分體現(xiàn)在如何使用和訪問(wèn)內(nèi)存的。

基本上，如果有很多存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，那么在搜索數(shù)據(jù)或有關(guān)數(shù)據(jù)的重要信息方面，量子算法可能比普通計(jì)算機(jī)做得更好。這對(duì)金融行業(yè)或谷歌這樣的公司來(lái)說(shuō)可能是有利可圖的，而且同樣需要量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。“人們正在研究的大多數(shù)算法都需要某種量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器?！奔幽么蠡F盧大學(xué)科學(xué)家米歇爾莫斯卡說(shuō)。“我們所能做的任何降低實(shí)際量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器成本的事情，都能極大地縮短有用量子計(jì)算機(jī)的時(shí)間?！?/p>

但在量子計(jì)算時(shí)代，人類目前還處于非常非常早期的階段。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器由導(dǎo)線連接的磁路組成，每個(gè)磁路代表一個(gè)比特，線圈中磁場(chǎng)的方向代表比特的值。美國(guó)第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)通過(guò)液態(tài)水銀將電脈沖轉(zhuǎn)換成聲波來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這不是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。與能夠隨時(shí)檢索任何存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不同，我們只能按照數(shù)據(jù)發(fā)送到行的順序檢索數(shù)據(jù)。但它已經(jīng)是最前沿的。

量子隨機(jī)存取存儲(chǔ)器到底是什么樣子的？可能不是勞埃德和他的團(tuán)隊(duì)預(yù)想的那樣。在一次會(huì)議上，有物理學(xué)家說(shuō)，量子計(jì)算作為一個(gè)領(lǐng)域很可能會(huì)發(fā)展出更多的液態(tài)汞。當(dāng)然，還有許多技術(shù)和數(shù)學(xué)上的進(jìn)步有待發(fā)現(xiàn)，這些進(jìn)步將優(yōu)化計(jì)算機(jī)及其最終存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式。

塞斯·勞埃德表示同意。他說(shuō)：“如果有人能徹底否定我們最初的想法，我會(huì)很高興。如果能將經(jīng)典信息加載到量子態(tài)中，這將是這些近期量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)巨大應(yīng)用。畢竟，計(jì)算機(jī)不僅僅只能夠運(yùn)行復(fù)雜的算法?！?/p>